一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路制造技術

本發明專利技術公開了一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，該解調電路分離了串聯LR的電阻部分和電感部分，可以精確測量出串聯LR的電感和電阻分量的微小變化。本發明專利技術所述的解調電路主要由特定參數設計的交流電橋、正弦波電壓信號源（4）、前置差動放大器（10）、兩路正交的鎖定放大器（13）組成。本發明專利技術電路可采用簡單的電壓源信號作激勵，結構簡單，測量分辨率高，可靠性高。本發明專利技術在精確測量感性元件的電感（和電阻）變化的場合具有重要的應用價值，比如電感式傳感器的信號解調電路，感性元件的電感值和電阻值得溫度系數標定等。利用本發明專利技術對電渦流傳感器探頭的電感微小變化量進行測量，其分辨率可達1ppm。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，該解調電路分離了串聯LR的電阻部分和電感部分，可以精確測量出串聯LR的電感和電阻分量的微小變化。本專利技術所述的解調電路主要由特定參數設計的交流電橋、正弦波電壓信號源（4）、前置差動放大器（10）、兩路正交的鎖定放大器（13）組成。本專利技術電路可采用簡單的電壓源信號作激勵，結構簡單，測量分辨率高，可靠性高。本專利技術在精確測量感性元件的電感（和電阻）變化的場合具有重要的應用價值，比如電感式傳感器的信號解調電路，感性元件的電感值和電阻值得溫度系數標定等。利用本專利技術對電渦流傳感器探頭的電感微小變化量進行測量，其分辨率可達1ppm。【專利說明】—種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路
本專利技術涉及復阻抗的分離和測量電路，尤其涉及一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其可以精密地分離出感性元件的電感部分和電阻部分的微小變化量。
技術介紹
電感性元件都不可能是一個純粹的電感，至少包含一個與電感串聯的電阻，不能簡單的分離出來。某一個頻率下的感性元件都可以等效成一個電感L和一個電阻R串聯的模型。通用的阻抗儀可以測量其在特定頻率下的等效參數，從而獲得感性元件的等效參數模型。如要精密測量感性元件的電感部分或者電阻部分的微小變化量，目前的阻抗儀以及大部分阻抗測量儀器或者電路都難于滿足要求。精確測量感性元件的參數的微小變化量在一些電感式傳感器的信號解調電路中和感性元件的溫度系數標定中是非常重要的。比如電渦流傳感器的信號解調電路就需要精確測量出電感的變化，從而獲得被測量的信息。因為通常的渦流傳感器探測線圈的電感溫度系數很小，但電阻部分的溫度系數很大，如果能精確分離出電感部分的變化量，獲得的被測量的信息的溫度系數就小多了。再者，對一些特別精密的感性元件或者傳感器用的探測線圈等，需要精確標定其溫度系數，那么也需要精確的分離測量出電阻和電感的微小變化量，才能獲得其等效參數與溫度的關系，為傳感器或者精密元件的設計使用提供支持。精密測量感性元件的電感微小變化或者電阻微小變化很重要，然而卻不容易實現。目前的方法大多是采用下面兩大類:一類是基于自動平衡電橋，分辨率不高，在高頻參數測量時，對自平衡電橋電路的要求非常高，不容易實現，而且分辨率也不高；另外一類是采用電流源激勵的電橋和鎖定放大器組成，分辨率比較高，然而激勵感性元件的高頻電流源并不容易實現，復雜昂貴，而且電流穩定度不高，會直接導致測量結果不可靠。本專利技術通過對設計特定參數的電橋，可以直接采用電壓源作激勵，利用正交的鎖定放大器，直接測得電感和電阻的微小變化量。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提出一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，利用一種特殊參數設計的交流電橋以及信號解調電路，分離了串聯LR的電阻部分和電感部分，可以精確測量出串聯LR的電感和電阻分量的微小變化，其測量分辨率達到了 Ippm級。電路系統主要由特定參數設計的交流電橋、正弦波電壓信號源4、前置差動放大器10、兩路正交的鎖定放大器13組成。它只需要簡單的電壓源信號作激勵，結構簡單，測量分辨率高，可靠性高。在一些需要精密測量感性元件的電感(和電阻)變化的場合具有重要的應用價值，比如電感式傳感器的信號解調電路，感性元件的電感和電阻部分的溫度系數測量等等。本專利技術采用的技術方案為:一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，包括:正弦波信號源、交流平衡電橋、前置差動放大器和鎖定放大器，其中:所述的正弦波信號源，其為交流電橋提供激勵電壓，為鎖定放大器提供參考信號；所述的交流平衡電橋，施加激勵后，其輸出包含被測元件的電感和電阻變化信息；所述的前置差動放大器，與交流電橋的兩中間臂連接，將交流電橋的非平衡信號放大輸出；所述的鎖定放大器，與激勵電壓信號(參考信號)以及前置差動放大器的輸出(輸入信號)相連，輸出被測元件的電感變化量的信號；有的還包括一個與激勵信號成90度相位差的信號作為參考信號的鎖定放大器，輸出則為被測元件的電阻變化量的信號。優選的，所述的交流平衡電橋包括一個被測的LR串聯元件和一個參考的LR串聯元件，以及2個精密電阻，參考元件和被測元件的電感和電阻值相同，精密電阻的阻值滿足關系:RS+R= ?L，被測元件電阻和電感的變化都是小量，滿足關系式:AR《coL，AL《L。優選的，參考元件可以等效為串聯的高精度，低溫漂的電感和電阻。優選的，激勵信號源為某一固定頻率的正弦波電壓信號。本專利技術的原理在于:本專利技術提供了一種分離感抗和電阻微小變化的電橋及解調電路，其核心部分包括信號源、交流電橋、前置差動放大器和鎖定放大器構成。通過選定特殊參數的電橋，使Rs+R=?L，在滿足微小變化AR《coL，AL《L的情況下，電橋的輸出電壓包含的電阻變化代表虛部，電感變化代表實部，具有如下形式:【權利要求】1.一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其特征在于，包括:正弦波信號源(4)、交流平衡電橋、前置差動放大器(10)和鎖定放大器(13)，其中: 所述的正弦波信號源(4)，其為交流電橋提供激勵電壓，為鎖定放大器提供參考信號；所述的交流平衡電橋，施加激勵后，其輸出包含被測元件的電感和電阻變化信息； 所述的前置差動放大器，與交流電橋的兩中間臂連接，將交流電橋的非平衡信號放大輸出； 所述的鎖定放大器(13)，與激勵電壓信號(即參考信號)以及前置差動放大器的輸出(即輸入信號)相連，輸出被測元件的電感變化量的信號；還可以包括一個與激勵信號成90度相位差的信號作為參考信號的鎖定放大器，輸出則為被測元件的電阻變化量的信號。2.根據權利要求1所述的一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其特征在于，所述的交流平衡電橋，包括一個被測的LR串聯元件和一個參考的LR串聯元件，以及2個精密電阻，參考元件和被測元件的電感和電阻值相同，精密電阻的阻值滿足關系:RS+R =?L，被測元件電阻和電感的變化都是小量，滿足關系式:AR《coL，AL《L。3.根據權利要求1或2所述的一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其特征在于參考元件可以等效為串聯的高精度，低溫漂的電感和電阻。4.根據權利要求1或2所述的一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其特征在于激勵信號源為某一固定頻率的正弦波電壓信號。【文檔編號】G01R27/02GK103487656SQ201310462027【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日 【專利技術者】馮志華, 王洪波, 李偉, 劉永斌, 張連生 申請人:中國科學技術大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用電橋分離感抗和電阻微小變化的解調電路，其特征在于，包括：正弦波信號源（4）、交流平衡電橋、前置差動放大器（10）和鎖定放大器（13），其中：所述的正弦波信號源（4），其為交流電橋提供激勵電壓，為鎖定放大器提供參考信號；所述的交流平衡電橋，施加激勵后，其輸出包含被測元件的電感和電阻變化信息；所述的前置差動放大器，與交流電橋的兩中間臂連接，將交流電橋的非平衡信號放大輸出；所述的鎖定放大器（13），與激勵電壓信號（即參考信號）以及前置差動放大器的輸出（即輸入信號）相連，輸出被測元件的電感變化量的信號；還可以包括一個與激勵信號成90度相位差的信號作為參考信號的鎖定放大器，輸出則為被測元件的電阻變化量的信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮志華，王洪波，李偉，劉永斌，張連生，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：